Расчет приемника наземной обзорной РЛС (стр. 5 из 8)

Основным недостатком диодных ограничителей является относительно небольшой допустимый уровень импульсной мощности Ри_пд_макс от сотен ватт до 1-2 кВт. Для устранения этого недостатка и объединения достоинств РЗП и ограничителей используют так называемые разрядники-ограничители. Они представляют собой сочетание РЗП (нередко без электрода вспомогательного разряда), и следующего за ним диодного ограничителя. Разрядники-ограничители, не требующие никаких источников питания, выдерживают большие импульсные мощности (свыше 10 кВт) и обеспечивают защиту приемника от всех возможных сильных сигналов помех.

Параметры ряда разрядников-ограничителей приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Учитывая частотный диапазон проектируемого антенного переключателя, выберем РЗП типа РР6. Для него:

Ослабление зеркального канала при нижней настройке гетеродина за счет РЗП:

То же в децибелах:

2.3 Расчет усилителя радиочастоты

В приемниках РЛС сантиметрового диапазона волн наибольшее распространение получили однокаскадные неохлаждаемые двухконтурные параметрические усилители (ДПУ) на точечно-контактных полупроводниковых диодах (ТКД) или диодах с барьером Шоттки (ДБШ). В настоящее время на частотах до 30 ... 40 ГГц эти усилители выполняют на базе полосковых (ПЛ) и микрополосковых (МПЛ) линий. ДПУ содержат три контура, настроенные соответственно на частоту сигнала fс, частоту накачки fн и холостую частоту fх и развязанные между собой. Развязку между входом и выходом ДПУ осуществляют с помощью ферритового циркулятора.

Эквивалентная схема параметрического диода включает в себя последовательно соединенные индуктивность выводов Lв = 0.2 - 2 нГ, переменную емкость полупроводниковой структуры Сп = 0.3 … 1 пФ, сопротивление активных потерь rпт и параллельно подключенную к этой цепи конструктивную емкость диода Сд = 0.1 … 0.4 пФ. Диод характеризуется максимальной переменной емкостью при нулевом напряжении смещения Uсм = Сп(0), постоянной времени (U) = rпт Сп(0) при определенном напряжении смещения U, максимально допустимым обратным напряжением Uнобр контактной разностью потенциалов (к = 0.2 … 0.3 В для ТКД и к = 1 … 1.2 В для ДБШ). В состав СВЧУ может входить типовой ДПУ с параллельным включением параметрического диода. Схема такого усилителя показана на рисунке.

Наибольшую полосу пропускания ДПУ получают при использовании последовательного резонансного контура, образованного Lв и Сп диода и настроенного на fх. При этом обеспечиваются наименьшие потери и развязка относительно цепей сигнала и накачки без включения специальных режекторных фильтров. В схеме с параллельным включением диода для замыкания токов холостой частоты к нему подключают разомкнутый четвертьволновый шлейф. Элементы контура холостой частоты и подстроечный индуктивный отрезок длиной l1 образуют сигнальный резонансный контур.

Параллельно с диодом включают отрезок длиной lн / 4, препятствующий потерям мощности накачки в цепях сигнала. Сигнал накачки подводится к диоду через запредельный для входного сигнала и сигнала холостой частоты волновод. Полосу пропускания ППФ выбирают такой, чтобы эти сигналы были ослаблены не менее чем на 20 … 30 дБ.

При этом требуемый коэффициент шума N, коэффициент передачи мощности Kp, частота сигнала fс, требуемая ширина полосы пропускания Птр по уровню 3 дБ, характеристики подложки (относительная диэлектрическая проницаемость r, толщина h, тангенс угла потерь tg (, волновое сопротивление подводящей линии Z0, тип циркулятора и его прямые потери Lп, число циркуляций до входа ДПУ а и число циркуляций в ДПУ b известны.

Рабочая частота.

Волновое сопротивление подводящих линий.

Потери пропускания в циркуляторе (в дБ).

Число циркуляций до входа ДПУ.

Число циркуляций в ДПУ.

Требуемый коэффициент шума.

Резонансный коэффициент усиления, включая потери в циркуляторе, (в децибелах).

Требуемая полоса пропускания по уровню 3 дБ.

Относительная диэлектрическая проницаемость.

Толщина подложки.

Тангенс угла потерь.

Требуется выбрать параметрический диод и определить напряжение постоянного смещения Uсм, реальные коэффициент шума Nн и ширину полосы пропускания П0, значения холостой частоты fх и частоты накачки fн, сопротивление источника сигнала, приведенное к зажимам параметрического диода Rс, мощность генератора накачки Рн, геометрические размеры МПЛ.

Для обеспечения стабильности параметров ДПУ при изменениях импеданса цепей источника сигнала (например, антенны) и нагрузки (например, смесителя) в качестве ферритового циркулятора применим пятиплечный циркулятор, построенный на основе трех Y-циркуляторов. В таком циркуляторе потери сигнала до входа ДПУ равны

На столько же ослабляется усиленный сигнал, проходящий из ДПУ к выходу циркулятора.

Следовательно, собственно ДПУ без циркулятора (точнее, с идеальным циркулятором) с учетом заданных параметров должен иметь коэффициент шума

Резонансный коэффициент усиления ДПУ:

В децибелах

В разах

Выберем параметрический диод.

Данные параметрических диодов приведены в таблице 5.

Таблица 5.

Учитывая частотный диапазон, постоянную времени, индуктивность выводов, допустимое напряжение, стоимость выбираем параметрический диод с ТКД структурой 3А410Е. Его параметры:

Индуктивность выводов.

Конструктивная емкость диода.

Максимальная переменная емкость диода при нулевом напряжении смещения.

Постоянная времени диода.

Напряжение, при котором измерена постоянная времени.

Максимально допустимое обратное напряжение.

Контактная разность потенциалов для германиевого диода (название начинается с 1 или Г) -

k = (0.2...0.3).

Для диода из арсенида галлия (название начинается с 3 или А) - k = (1.0...1.2).

Коэффициент типа перехода (для ДБШ n = 2).

Рассчитываем необходимое напряжение смещения для диода структуры ТКД (для ДБШ расчет производят по формуле:

U0 = 3 Uн_обр / 8 + k / k - 1 .

Находим емкость, соответствующую рассчитанному напряжению смещения:

Постоянная времени при рабочем смещении:

Коэффициент модуляции и критическая частота диода (для ДБШ эти параметры вычисляют по формулам:

mмод =

,

fкр =

.

Отсюда:

Поправочный коэффициент kc, учитывающий потери в конструкции ДПУ, принимаем равным:

Тогда находим:

Эквивалентная постоянная времени диода с учетом потерь в элементах конструкции ДПУ.